I utvecklingsprocessen för fordonsbelysningssystem har iterationen av ljuskällteknologi alltid kretsat kring kärnmål som energieffektivitetsförbättring, prestationsoptimering och tillförlitlighetsförbättring. Som en av de nuvarande mainstream -belysningslösningarna, 30W LED-lampor med enkelstrålar Visa signifikanta skillnader i energieffektivitetsprestanda jämfört med traditionella halogenstrålkastare. Denna skillnad återspeglas inte bara i den grundläggande fotoelektriska omvandlingseffektivitetsnivån, utan sträcker sig också till flera dimensioner såsom den faktiska arbetseffektiviteten, energiförbrukningsfördelningen och omfattande användningskostnader för hela belysningssystemet.
Grundläggande energieffektivitetsmekanism för ljuskälla och skillnad i konvertering av ljuseffektivitet
En energieffektivitet för en ljuskälla beror i huvudsak på dess förmåga att omvandla elektrisk energi till ljusenergi. Denna process involverar grundläggande fysiska mekanismer såsom energiomvandlingseffektivitet och spektralfördelningsegenskaper. Arbetsprincipen för traditionella halogenstrålkastare är baserad på termisk strålningsluminescens, som värmer volframtråden till ett högtemperaturläge (vanligtvis upp till 2500-3000K) genom elektrisk ström, så att volframfilamentet avger ett kontinuerligt spektrum. Emellertid omvandlas endast en liten mängd elektrisk energi (cirka 5% - 10%) till synligt ljus under denna process, och det mesta av den återstående energin sprids i form av infraröd strålning (värmeenergi). Denna högvärmeförlustkarakteristik gör den lysande effekten (lysande flöde som produceras per enhetseffekt) av halogenstrålkastare i allmänhet låg, vanligtvis i intervallet 15 - 25 lm/w.
Den 30W LED-strålkastarlampa med enkelstrålar antar en halvledarens ljusemitterande mekanism, vars kärna är den elektroluminescerande effekten av PN-korsningen. När strömmen passerar genom halvledarmaterialet rekombineras elektroner och hål för att frigöra energi och generera fotoner. Energikonverteringen av denna process är mer direkt utan den mellanliggande kopplingen till termisk strålning. Den fotoelektriska omvandlingseffektiviteten för moderna LED -chips kan nå 30% - 40%, och motsvarande lysande effektivitet är i allmänhet mellan 80 - 120 lm/w. Med 30W-kraft som exempel kan en högkvalitativ LED-strålkastarlampa producera ett lysande flöde på 2400-3600 lm, medan en halogen strålkastare med samma kraft endast kan mata ut ett lysande flöde på 450-750 lm. Denna signifikanta skillnad i lätt omvandlingseffektivitet bestämmer grundläggande det hierarkiska gapet mellan de två när det gäller energieffektivitet.
Sammansättning av energiförbrukning och energieffektivitet påverkar termisk hanteringssystem
Den faktiska energieffektivitetsprestanda för ljuskällan bestäms inte bara av ljuseffektiviteten för själva ljuskällan, utan också av energiförbrukningsfördelningen och termisk hanteringsmekanism för hela belysningssystemet. På grund av den extremt höga värmeförlusten av traditionella halogenstrålkastare måste en stor mängd värmeenergi som genereras under drift spridas genom den naturliga värmeavledningen av lamphuset. Även om den termiska hanteringsstrukturen för halogenlampor är relativt enkel, bildar denna höga värmeproduktionskarakteristik faktiskt en dold energieffektivitetsförlust - särskilt när fordonets luftkonditioneringssystem körs, kan värmen som släpps ut av lampan öka belastningen på luftkonditioneringen i bilen, vilket indirekt leder till en ökning av energiförbrukningen av hela fordonet. Dessutom kommer filamentet av halogenlampan gradvis att sublimatera i en hög temperaturmiljö, och volframatomer kommer att avsättas på glödlampans innervägg, vilket resulterar i en minskning av ljusöverföringen. Det lätta förfallsfenomenet kommer att intensifieras med förlängningen av användningstiden, vilket också kommer att minska dess faktiska energieffektivitet vid långvarig användning.
Även om den fotoelektriska omvandlingseffektiviteten för den 30W-lysdulan med en strålkastare är hög, frigörs fortfarande en del energi i form av värme, så ett matchande termiskt hanteringssystem krävs för att upprätthålla chipets arbetstemperatur. Moderna LED-strålkastare använder vanligtvis en sammansatt värmeavledningsstruktur som består av kylflänsar, värmeledande silikon och fläktar (vissa avancerade produkter). Även om det termiska hanteringssystemet i sig förbrukar en liten mängd elektricitet (till exempel är fläktens strömförbrukning vanligtvis cirka 1-3W), kan den effektiva värmeavledningsdesignen styra temperaturen på LED-chipet i det perfekta arbetsområdet 60-80 ℃ för att undvika ljuseffektivitetsdämpning orsakad av hög temperatur. Forskningsdata visar att under rimliga termiska hanteringsförhållanden är den ljusa förfallshastigheten för LED -strålkastare efter 3000 timmars drift vanligtvis mindre än 10%, medan ljusförfallshastigheten för halogenlampor kan nå mer än 30% efter samma användningstid. Denna långsiktiga ljuseffektivitetsstabilitet gör det möjligt för LED-strålkastare att upprätthålla mer konsekvent energieffektivitetsprestanda under hela deras livscykel, och undviker den faktiska belysningseffekten minskning och potentiellt energiavfall orsakat av lätt förfall.
Skillnader i energieffektivitetsprestanda i faktiska användningsscenarier
Den faktiska energieffektivitetsprestanda för fordonsbelysningssystem måste utvärderas i kombination med olika användningsscenarier, eftersom ljuskällans arbetstillstånd under olika arbetsförhållanden direkt kommer att påverka dess energiförbrukningsnivå. Traditionella halogenstrålkastare kan snabbt nå full ljusutgång under kallstart, vilket gör dem praktiska i kortsiktiga användningsscenarier. På grund av deras låga ljuseffektivitet och hög värmeproduktion kommer de emellertid att fortsätta att generera hög energiförbrukning när de används kontinuerligt under lång tid (som att köra på motorvägar på natten), och den kontinuerliga ökningen av lamptemperaturen kan förkorta livslängden, vilket ytterligare ökar användningen för användning.
30W LED-glödlampor med enkelstrålar kan också snabbt nå det nominella lysande flödet i början av uppstarten, och deras responstid är vanligtvis mindre än 0,1 sekunder, vilket inte skiljer sig signifikant från halogenlampor. I scenarier med ofta start-stopp och startstopp som stadsvägar återspeglas energieffektivitetsfördelen med LED-strålkastare huvudsakligen i låg effektförbrukning-även om den är avstängd och sedan stängs av igen är dess energiförbrukningsfluktuation relativt liten. I långsiktiga belysningsscenarier som motorvägar är energieffektivitetsfördelen med LED-strålkastare mer uppenbar: å ena sidan gör dess höga ljuseffektivitetsegenskaper att 30W kraften kan ge belysningens ljusstyrka motsvarande traditionella 55W eller till och med 70W halogenlampor, vilket direkt reducerar effektkraven; Å andra sidan möjliggör det stabila termiska hanteringssystemet att det kan upprätthålla stabil ljuseffektivitet under långvarig drift, vilket undviker ytterligare energiförbrukning orsakad av kraftkompensation.
Det är värt att notera att under extrema omgivningstemperaturer kommer energieffektiviteten för de två att fluktuera i varierande grad. Ljuseffektiviteten hos traditionella halogenlampor kan förbättras något i miljöer med låg temperatur (såsom -20 ℃), men dess höga temperaturtolerans är dålig. När den omgivningstemperaturen överstiger 40 ℃, accelereras filamenthastigheten och ljusförfallet förvärras. LED -strålkastarens ljuseffektivitet påverkas mer avsevärt av omgivningstemperatur: i miljöer med låg temperatur ökar den främre spänningen för LED -chips, vilket kan leda till en liten ökning av kraftförbrukningen, men moderna drivkretsar har vanligtvis temperaturkompensationsfunktioner, vilket kan kontrollera kraftförbrukningsfluktuationer inom 5%; I miljöer med hög temperatur, om ett effektivt termiskt hanteringssystem kan styra chiptemperaturen inom ett rimligt intervall, kan LED -strålkastarna fortfarande bibehålla stabil ljusaffekt, men när värmeavledningen misslyckas överstiger chiptemperaturen 100 ° C och ljuseffektiviteten kan dämpas kraftigt. Därför måste miljöanpassningsförmågan hos LED-strålkastare i kombination med designnivån för deras termiska hanteringssystem, och högkvalitativa 30W-strålkastare, i kombination med konstruktionsnivån för deras termiska hanteringssystem, och högkvalitativa 30W-strålkastare med hög strålkastare kan bibehålla mer stabil energieffektivitet inom ett brett temperaturområde.
Långsiktig energieffektivitetsekonomi och omfattande användningskostnad
En annan viktig dimension av jämförelse av energieffektivitet är ekonomin i långsiktig användning, som involverar flera faktorer som energiförbrukningskostnad, underhållskostnad och ersättningscykel. Förutsatt att fordonet reser 20 000 kilometer per år, och andelen nattkörning står för 30%, är den årliga belysningstiden cirka 200 timmar (beräknad med en medelhastighet på 60 km/h). Kraften i traditionella halogenstrålkastare är vanligtvis 55W, och den lysande effektiviteten beräknas till 20 lm/w, och den årliga kraftförbrukningen är 55W × 200 timmar = 11 kWh; Den årliga strömförbrukningen för 30W-strålkastare med en strålning beräknas till 100 lm/W, och den årliga strömförbrukningen är 30W × 200 timmar = 6 kWh. Beräknat till bostadselektricitetspriset på 0,6 yuan/kWh kan LED -strålkastare spara elkostnader (11 - 6) × 0,6 = 3 yuan per år. Även om besparingarna verkar små ur perspektivet av elkostnader ensam, är de totala ekonomiska fördelarna mer uppenbara när man överväger andra kostnadsförändringar orsakade av energieffektivitetsskillnader.
När det gäller underhålls- och ersättningskostnader är den genomsnittliga livslängden för traditionella halogenlampor cirka 500-1000 timmar. De beräknas vid 200 timmars användning per år måste de bytas ut var 2-5 år, och kostnaden för varje ersättning är cirka 20-50 yuan. Det teoretiska livet för en 30W-strålkastare med en strålning kan nå 30 000-50 000 timmar. Under normal användning kan det tillgodose fordonets användningsbehov i mer än 10 år, och nästan ingen ersättning krävs. Dessutom kan nedgången i ljuseffekt orsakad av lätt förfall av halogenlampor få användare att ersätta dem i förväg, vilket ytterligare ökar underhållskostnaderna. Från hela livscykelns perspektiv kan ersättningskostnaden för ett fordon sparas genom att använda LED -strålkastare under dess livslängd (beräknat som 10 år), som, i kombination med 30 Yuan som sparats i elräkningar, har betydande fördelar i omfattande energieffektivitet och ekonomi.
Synergistiskt samband mellan optisk prestanda och energieffektivitet
En energieffektivitet för en ljuskälla återspeglas inte bara i energiförbrukningsnivån, utan kvaliteten på dess optiska prestanda kommer också att påverka den faktiska belysningseffekten och energianvändningseffektiviteten. På grund av begränsningen av den ljusemitterande principen är den spektrala fördelningen av traditionella halogenstrålkastare relativt bred, inklusive en stor mängd infraröd och ultraviolett strålning, medan den spektrala energifördelningen av den synliga ljusdelen är relativt enhetlig, men saknar riktad spektraloptimering. Denna fullspektrumkarakteristik gör ljusfärgen på halogenlampor gulaktiga (färgtemperaturen är cirka 2800-3200K). Även om penetrationen är god måste användningshastigheten för lysande flöde låg, särskilt i det ljusfördelningssystemet, en stor mängd ljus måste omfördelas genom reflektion och brytning, och en viss mängd lätt energiförlust kommer att inträffa i processen.
Den spektrala fördelningen av 30W-lampljuslampor med en strålkastare har starkare styrbarhet. Genom valet av chipmaterial och fosfor kan färgtemperaturen (vanligtvis i intervallet 4000-6500K) och spektral energifördelning just justeras. Till exempel, för vägbelysningsbehov, kan LED-strålkastare förbättra de blågröna ljuskomponenterna i våglängdsområdet 450-550 nm, förbättra det mänskliga ögats förmåga att identifiera vägdetaljer och därmed uppnå bättre belysningseffekter vid samma lysande flöde. Dessutom, som en punktljuskälla, är LED -lysningsriktningen lättare att kontrollera. Med den precisionsbesvärda optiska linsen och reflektorn kan ljusflödet koncentreras i det effektiva belysningsområdet (såsom vägytan och trottoarkanten) för att minska ogiltig ljusspridning. Testdata visar att den lysande flödesutnyttjandehastigheten för en högkvalitativ 30W-strålkastare med en strålning kan nå mer än 85%, medan den lysande flödesanvändningshastigheten för en traditionell halogen strålkastare vanligtvis är mellan 60%och 70%. Denna optiska prestationsfördel gör det möjligt för LED -strålkastare att uppnå högre effektiva belysningseffekter med lägre faktisk kraft, vilket återspeglar dess energieffektivitetsfördel från ett annat perspektiv.
